Модуляция (Лабораторные в Electronics Workbench)

5

Лабораторная работа

"Частотная и фазовая модуляция цифровых сообщений"

по дисциплине "Основы автоматизации проектирования"

При передаче цифровой кодированной информации – комбинации двоичных сигналов, состоящей из логических 1 и 0, модуляцию также называют манипуляцией сигнала, а устройство, реализующее данный процесс как модулятором, так и манипулятором. Кроме того процесс манипуляции называют также телеграфным режимом работы, соответственно заменяя название АМ на АТ, ЧМ на ЧТ, ФМ на ФТ.

Поскольку метод амплитудной манипуляции (АМ) по помехоустойчивости существенно уступает двум другим, то в современных системах радиосвязи используют, в основном, только два метода манипуляции: частотный (ЧМ ) и фазовый (ФМ). Причем в качестве ФМ обычно используют ее разновидность – относительную фазовую модуляцию (ОФМ), называемую также фазоразностной. При ОФМ при передаче логической «1» фаза несущего колебания скачком изменяется на Δφ, например, на π, по отношению к фазе предыдущего бита, а при передаче логического «0» - фаза остается той же, что и у предыдущего бита.

Общим для обоих видов манипуляции (ЧМ и ФМ) является скорость передачи сообщения V, равная количеству передаваемых элементарных посылок (бит) в секунду (бит/с=бод), или длительность элементарной посылки τ=1/ V (рис.1,а). Кроме того, ЧМ характеризует дискрет частоты ΔF= F₁−F₂ (рис.1,б), а ФМ – девиация или дискрет фазы Δφ (рис.1, в), позволяющие различать логические 1 и 0 .

а)

б)

в)

Рис.1

Проведем анализ схем частотной и фазовой модуляции с помощью пакета программ «Electronics Workbench».

Частотный модулятор цифровых сообщений (рис.2) .

Р
ис.2

Модуляция в схеме осуществляется с помощью двух электронных ключей, в качестве которых используются операционные усилители (ОУ) AR1 и AR2. На один вход первого ОУ подается сигнал несущих колебаний с частотой 200 кГц, а на другой - цифровой с частотой 20 кГц. На один вход второго ОУ подается сигнал несущих колебаний с частотой 400 кГц, а на другой - тот же цифровой сигнал с частотой 20 кГц. Ключи (ОУ) открываются попеременно, что достигается с помощью третьего ОУ - AR3, поворачивающего фазу модулирующего сигнала на 180⁰ . В результате при передаче ‹‹1›› частота промодулированного сигнала равна 400 кГц, а при передаче ‹‹0›› - 200 кГц, что подтверждается осциллограммами, приведенными на рис.3 (сверху цифровой сигнал модуляции, снизу - несущая после частотной модуляции).

Р
ис.3

Ф
азовый модулятор цифровых сообщений (рис.4).

Рис.4

К
ак и в предыдущем случае, модуляция в схеме осуществляется с помощью двух электронных ключей, в качестве которых используются операционные усилители (ОУ) AR1 и AR2. На первый вход обоих ОУ подается сигнал несущих колебаний с одной и той же частотой 100 кГц., но с разными начальными фазами, отличающимися на 180⁰, что достигается с помощью ВЧ-трансформатора. На второй вход обоих ОУ подается цифровой модулирующий сигнал с частотой 20 кГц. Ключи (ОУ) открываются попеременно, что достигается с помощью третьего ОУ - AR3, поворачивающего фазу модулирующего сигнала на 180⁰ . В результате при переходе от ‹‹1›› к ‹‹0›› и обратно происходит скачок фазы модулируемого сигнала на 180⁰ , что подтверждается осциллограммами, приведенными на рис.5 (сверху цифровой сигнал модуляции, снизу - несущая после фазовой модуляции).

Рис.5

Задание на выполнение лабораторной работы.

1.Измените в схеме рис.2 амплитуду и частоту сигналов модуляции и несущей и установите их влияние на осциллограмму частотно-модулированного сигнала (рис.3).

3.Измените в схеме рис.4 амплитуду и частоту сигналов модуляции и несущей и установите их влияние на осциллограмму фазо-модулированного сигнала (рис.5).